بیوسنسور گلوکز بدون آنزیم بر اساس الکترود مرکب از نانوذرات فلز

بیوسنسورها طی سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. بیوسنسورها یا سنسورهای بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربردها نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی، صنایع نظامی به خصوص شاخه biowar و ... را شامل می شود .[1] توسعه بیوسنسورها از 1950سال با ساخت الکترود اکسیژن توسط لی لند کلارک در سین سیناتی آمریکا برای اندازه گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این سنسور همچنین بنام سازنده ی آن گاهی الکترود کلارک نیز خوانده می شود. بعداً با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدن گلوکز کمک می کرد از این سنسور برای اندازه گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه با پوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون آمونیوم، بیو سنسوری ساخته شده که می توانست میزان اوره در خون یا ادرار را اندازه گیری کند. هر کدام از این دو بیوسنسورهای اولیه از ترنسدیوسر متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال خویش استفاده می کردند. در نوع اول میزان قند خون با اندازه گیری جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری می شد (آمپرومتریک) در حالیکه در سنسور اوره اندازه گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی ایجاد شده در الکترودهای سنسور صورت می پذیرفت (پتانسیومتریک).امروزه در کاربردهای بسیاری در پزشکی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس کردن مولکولهای زیستی کوچک وجود دارد [2,3]. بیوسنسورهای گلوکز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه های مرسوم جهت پایش سطح گلوکز خون دارند. سنسورهای قابل کاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس ترین شیوه ، بیوسنسور دستی است که یک قطره از خون را تحلیل می کند. پیشرفت هایی که در تاریخچه سنسورهای گلوکز آمپرومتریک شده در سه نسل خلاصه می شود سنسور گلوکز نسل اول، که در آن از اکسیژن به عنوان یک حد واسط الکترون، بین گلوکز اکسیداز و سطح الکترود بهره گرفته می شود گلوکز اکسیداز،اکسیژن را در حضور گلوکز به پر اکسید هیدروژن کاهش می دهد سرعت کاهش هیدروژن به غلظت گلوکز موجود در محلول ربط داده می شود که با کاهش غلظت اکسیژن یا افزایش غلظت پر اکسید هیدروژن،مقدار غلظت گلوکز اندازه گیری می شود. در نسل دوم از حد واسط های مصنوعی(سنتزی) برای غلبه بر محدودیت غلظت اکسیژن در فشار پائین استفاده می شودحد واسط، انتقال الکترون را از طریق پرتاب الکترون از آنزیم به سطح الکترود، تسهیل می کند که معمولا از ترکیبات فرو / فروسیانید ، هیدروکینون و فروسن استفاده می شود. سنسورهای گلوکز بر اساس مکانیسم انتقال الکترو ن مستقیم، به نسل سوم از سنسور های گلوکز تعلق دارند در این نوع، الکترون ها به صورت مستقیم از آنزیم به سطح الکترود منتقل می شوند اگر الکترود و جایگاه فعال کاهش آنزیم، از نظر الکتریکی به هم متصل باشند در اینصورت، انتقال الکترون مستقیم، بدون توجه به غلظت سوبسترا مثل اکسیژن و واسط های کاهش، یک سیگنال آمپرومتریک برای گلوکز ایجاد می کند [3,4]. با وجود این، سنسورهای گلوکز با آنزیم، محدودیت هایی از جمله: عدم پایداری در برابر تغییرات ph ،مقاومت پایین در مقابل تغییرات دما، تداخل گونه های موجود در ماتریس نمونه مثل آسکوربیک اسید و اوریک اسید در نتیجه اندازه گیری، دارا می باشند به همین دلیل پژوهش ها به سمت طراحی و ساخت سنسور های بدون آنزیم(enzyme free) سوق پیدا کرده است که نسل چهارم و جدیدترین نوع از این نوع سنسور ها می باشند و در آنها به جای آنزیم ، از نانو تیوب های کربن، آلیاژ های فلزات مختف، نانو ذرات طلا، نقره، پلاتین، نیکل، مس برای اصلاح سطح الکترود(working electrode) و تسهیل فرآیند انتقال الکترون استفاده می شود [5]. هدف ما در این پژوهش طراحی و ساخت حسگر بدون آنزیم برای اندازه گیری گلوکز با استفاده از نانو ذرات فلزی و ترکیبات مزو پوروس می باشد در این روش برای افزایش کارائی و حساسیت، باید سطح الکترود اصلاح گردد بدین صورت که ابتدا با یک ماده پیوند دهنده که معمولا ترکیب آلی می باشد ترکیبات مزو پوروس و نانو ذرات فلزی نظیر مس و یا نقره را به هم متصل می کنند پس از اتصال از آن به عنوان یک الکترود اصلاح شده برای تشخیص غلظت های کم گلوکز در نمونه های مختلف و سرم خون، استفاده می شود که ایده جدیدی بوده و پیش از این در پژوهش دیگری، از این مواد استفاده نشده است.